在现代计算机中，主存储器(简称主存或内存)处于全机中心地位。主存储器用来存放当前计算机正在执行的程序和数据。现在大部分计算机中还设置有辅助存储器(简称辅存)或称为外存储器(简称外存)，通常用来存放主存存副本和当前不在运行的程序和数据。在程序执行过程中，每条指令所需的数据及下一条指令的操作都不能直接访问辅助存储器。由于中央处理器是高速器件，而主存的读写速度则慢很多，不少指令的执行速度与主存储器技术的发展密切相关。为了弥补主存储器读写的影响，一般在CPU与主存之间设置有高速缓冲存储器(cache)。
主存储器和CPU的连接是由总线支持的。总线包括数据总线、地址总线和控制总线。CPU通过使用AR(地址寄存器)和DR(数据寄存器)和主存进行数据传送。若AR为k位字长，DR为n位字长，则允许主存包含2的k次方个可寻址单位(字节或字)。在一个存储周期内，CPU和主存之间通过总线进行n位数据传送。此外，控制总线包括控制数据传送的读(read)、写(write)和表示存储器功能完成的(ready)控制线。
存储器的读写时间已小于10ns，其芯片集成度高，体积小，片内还包含有译码器和寄存器等电路。常用的存储器芯片有多字一位片和多字多位(4位、8位)片。一个存储器的芯片容量是有限的，它在字数或字长方面与实际存储器的要求都有很大差距，需要在字向和位向进行扩充。
计算机中大容量的主存可由多个存储体组成，每个存储体都具有自己的读写线路、地址寄存器和数据寄存器，称为“存储模块”。这种多模块存储器可以实现重叠和交叉存取。
